Post on 02-Nov-2019
Física y TecnologíaEnergética
8 - Máquinas térmicas.
Motores de Otto y Diesel.
Máquinas térmicas y motores
• Convierten calor en trabajo.
Eficiencia limitada por el 2º principio a
• Generalmente se basan en la expansión y compresión degases
Máquinas de pistón Turbinas
Máquinas térmicas y motores
Turbina de vaporTurbina de gas
TurboreactorTurbina
Motor de vaporMotor de Otto
( explosión 4 tiempos)
Motor Diesel
Pistón
Combustión externaCombustión Interna
• Máquinas de ciclo combinado
• Cogeneración
Motor de explosión de 4 tiempos
Motor con 4 cilindros
Siempre
hay un
cilindro
en la fase
de
explosión
y
expansión
Motor de explosión de 4 tiempos. Ciclo de Otto.
• Se introduce una mezcla de
gasolina y aire
• Se comprime
• La bujía hace saltar una chispa
que inicia la combustión y los
gases se expanden moviendo
pistón y bielas
• Se expulsan los productos de la
combustión
Rendimiento teórico =1Vo
V1
1
Relación de compresión 6,5 - 8,5
~ 43 - 55 %
Temperatura en la combustión 2000 K
Carnot ~ 85 %
Ciclo real del motor de cuatro tiempos
P
V
0 1
2
3
4
2 '
3 '
0 '4 '
1 '
• Admisión. La mezcla entra caliente y el cilindro no se llena completamente
• Compresión. Debido a la refrigeración no es adiabática, politrópica 1,25
• Ignición y expansión. La combustión no es instantánea ni completa. Por la
refrigeración se pierde el 36% del calor.
• Expulsión. No es inmediata. La presión debe ser algo superior a la exterior
Eficiencia real ~ 20 %
El ciclo real es irreversible, no es
práctico efectuarlo lentamente
( necesita unas 600 - 7000 r.p.m.)
El cilindro debe refrigerarse para que
las dilataciones y las altas temperaturas
no atasquen el movimiento ni estropeen
la lubricación
( Texterior cilindro < 90 ºC )
20
10
Movimiento del automóvil
N1
f1
N1f1
a,v
FaireM
N2
mg
f2El momento del par motor además de proporcionar aceleración debe vencer
los rozamientos, resistencia a la rodadura y la fuerza de resistencia del aire.
M mc + 4mr( )g rFaire = r mc + 6mr( )a
Faire = 0, 05CAAf v2
N; m2
, km / h( )
Donde el coeficiente aerodinámico CA vale
Bloque rectangular 1
Camión 0,6-0,7
Automóvil 0,3-0,6
VW investigación 0,15
Forma aerodinámica ideal 0,03
Pot = M =r
mgv + 0, 05CAAf v3 Para mantener v = cte
Movimiento del automóvil
Par en las Ruedas
Par del MotorEl par efectuado por el motor
es menor si gira muy
rápidamente y se conecta a
las ruedas por medio de
engranajes
M otor
Rued as
1 1 ,49 2 ,3 3 ,75 a tr á s
emb rague
s incr o -
n i z ador
p i ñón
M1 1
=M2 2
Caja de Cambios
El combustible
•La Combustión de la gasolina no
es completa, depende de las
proporciones de la mezcla
•Es muy importante que la
explosión no ocurra antes de
tiempo. ( el combustible debe
aguantar 400- 500 ºC )
•Solo funciona con gasolina de alto octanaje
Heptano - entra en ignición antes de tiempo - 0
Isooctano - aguanta la compresión sin entrar en ignición - 100
Una gasolina de 96 octanos tiene las mismas propiedades que la mezcla
96% isooctano + 4% heptano
Carburador
Carburador
Filtro
Pulverizador
Aire
Depósito
Válvula conectada
al pedal de
aceleración
La mezcla de gasolina la hace
el carburador empleando el efecto
Venturi ( pulverizador )
Baja presión
(Venturi)
Carburador
Aceleración, se bombea gasolina para
aumentar la riqueza de la mezcla
bomba
Debe ajustar la mezcla
conveniente para todas la
temperaturas y ritmos de
revoluciones del motor
Aire
Chorro
compensadorVálvula mariposa
Ralentí, la gasolina llega por un
conducto especial
Conducto regulable
Compensación, para evitar la
excesiva riqueza de la mezcla
estrangulador
Inyector
Aire
Temperatura
Distribuidor
Interruptor de
carga
Depósito
Inyección de gasolina regulada con microprocesador
Procesador
Filtro
Válvula
Pedal
Interruptor
Bomba
Presión
Turbo Compresor
La eficiencia no mejora
Entrada
Compresor
TurbinaRefrigeración
Motor
Salida
Se introduce una mezcla más densa, mejorando el llenado del cilindro y
aumentando la potencia del motor
Encendido
Alta tensión
Distribuidor
Inte-
rrup
-tor
bobinasllave
batería
bujías
En las bobinas se generan 20 000 V
a partir de los 12 V de la batería
Por interrupción de circuito
bujía
electrodos
Lleva un alternador-rectificador movido por el motor que alimenta continuamente la batería
Refrigeración y lubricación
agua
volante
de
inercia
ventilador
radiadorcigueñal
aceitebomba
• Es necesario mantener una capa de aceite entre las superficies móviles para reducir la fricción
• Hay que impedir que la temperatura supere ciertos límites
Catalizador
Elimina productos de combustión tóxicos
Para aumentar el octanaje se añadía tetraetilo de plomo
Es incompatible con el catalizador
2NO+ catalizador N2+O
2+ catalizadorA - reductor
2CO+O2+ catalizador 2CO
2+ catalizadorB - oxidante
escape
C - Panal de abeja
Suelen se de Platino, Rhodio y Paladio
Eficiencia del motor de 4 tiempos
La potencia que llega a las ruedas es una pequeña fracción de la energía de
combustión de la gasolina
Potencia liberada en la combustión 100%
Refrigeración 36%
Salida de gases 38%
Rozamientos en el motor 6%
Potencia efectiva del motor 20%
Transmisión 2%
Resistencia a la rodadura 3%
Potencia efectiva del coche 15%
Resistencia del aire 8%
Le queda para
aceleración, cuestas y accesorios 7%
100
50
2 000 4 000 6 000 r.p.m.
C.V.
La potencia depende
de la frecuencia
del ciclo
Potencia = Trabajo ciclo frecuencia
Motor Diesel
Motor Diesel
P
V
0 1
2 3
4
•En la fase de compresión,
sólo se comprime aire y
puede comprimirse mucho
más que en el de Otto.
( relaciones de compresión
cercanas a 10 )
•A continuación se inyecta
el combustible entrando
espontáneamente en
ignición
= 11 V
0
V1
1
V3/ V
0( ) 1V3/ V
0( ) 160%
real30%
Motores de Explosión
• El de Otto sólo funciona con combustibles que puedan comprimirse sin
entrar en ignición espontánea.
– Octanaje superior a 90
– Pueden funcionar con alcohol, butano o propano cambiando el
carburador.
• El Diesel puede funcionar con cualquier combustible que entre en ignición
espontánea a los 200 –500 ºC. ( Indice de cetano )
– Gasoil, fueles, aceites
• El motor Diesel es más pesado y robusto que el de Otto al emplear mayores
compresiones. Es más caro.
• Generalmente el Diesel funciona a menos revoluciones, es más ruidoso y su
tiempo de respuesta al acelerador es más lento.
• La eficiencia del Diesel (25 - 30%) es mejor que la del motor de Otto
(20%). El gasoil es mas denso y produce mas MJ por litro que la gasolina.
Menor consumo.
• El motor Diesel produce mucho menos CO pero más NO. Hay más aire en
la cámara.
Motores rotatorios. Motor Wankel
•Funciona de forma continua
•Tiene muchas menos piezas que un motor convencional
•Es más ligero y más barato de construir.
Motores rotatorios. Motor Wankel
Rotor
Caja
RefrigeraciónRefrigeración
Aire +
Gasolina
Escape
Ignición
•Presenta problemas de estanqueidad en las puntas
•Hay un fuerte gradiente interior de temperaturas
•El eje sufre esfuerzos laterales.
•Aún no ha logrado las eficiencias del motor del Otto